366.103 Theorie, Modellierung und Simulation mikro- und nanoelektromechanischer Systeme (MEMS/NEMS)
Diese Lehrveranstaltung ist in allen zugeordneten Curricula Teil der STEOP.
Diese Lehrveranstaltung ist in mindestens einem zugeordneten Curriculum Teil der STEOP.

2022W, VO, 2.0h, 3.0EC

Merkmale

  • Semesterwochenstunden: 2.0
  • ECTS: 3.0
  • Typ: VO Vorlesung
  • Format der Abhaltung: Präsenz

Lernergebnisse

Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage...

  • das mechanische Verhalten von MEMS/NEMS mittels Kontinuumsmechanik zu modellieren.
  • die Annahmen in der linearen Elastizitätstheorie zu benennen und die Grenzen der Gültigkeit derer zu prüfen.
  • die Interaktion von MEMS/NEMS mit Fluiden zu beschreiben.
  • die Eigenmoden und Eigenfrequenzen für ausgesuchte Strukturen zu berechnen.
  • die Besonderheiten von Mikro- und Nanosystemen im Vergleich zu makroskopischen Systemen herzuleiten.
  • die Dynamik von linearen Resonatoren vorherzusagen.
  • die Grundzüge der Methode der Finiten Elemente herzuleiten.
  • die Funktionsprinzipien von Referenzoszillatoren, Masse- und Fluidsensoren zu erläutern.
  • neuartige Konzepte wie Quantum MEMS/NEMS zu beurteilen.
  • fachspezifische Begriffe zu verwenden und einschlägige wissenschaftliche Veröffentlichungen kritisch zu evaluieren.
  • Open-Source-Software zur numerischen Eigenmodenanalyse zu nutzen.

Inhalt der Lehrveranstaltung

Das Design von Micro- und Nanoelectromechanical Systems (MEMS/NEMS) ist ein hochgradig interdisziplinäres Gebiet, was sich in den Inhalten der Lehrveranstaltung widerspiegelt. Ausgehend von einer Einführung in die Kontinuumsmechanik und die Piezoelektrizität untersuchen wir verschiedene Aspekte der vielfältigen Mechanik grundlegender MEMS/NEMS Strukturen wie Membranen und Balken. Darauf aufbauend betrachten wir die Interaktion von MEMS/NEMS mit ihrer Umgebung, was es uns erlaubt, die herausragende Performance MEMS/NEMS-Sensoren für Massendetektion oder Flüssigkeitssensorik zu verstehen. Ein weiterer wichtiger Schritt für das Verständnis von MEMS/NEMS-Bauteilen ist deren Modellierung mit diskreten Modellen, deren wichtigste Vertreter wir besprechen. Für quantitative Vorhersagen sind oft numerische Methoden notwendig, von denen die Finite-Elemente-Methode (FEM) wohl die bekannteste ist. Wir behandeln die Grundlagen des FEM-Ansatzes und diskutieren dessen Einsatzfelder und Beschränkungen. Zum Abschluss betrachten wir einige Beispiele wie MEMS-Referenzoszillatoren und Flüssigkeitssensoren und werfen einen Blick auf neue Konzepte wie Quantum MEMS/NEMS. Darüber hinaus werden die Teilnehmer im Rahmen der Vorlesung auch eine aktuelle wissenschaftliche Publikation diskutieren und Finite-Element-Simulationen in Python implementieren.

Methoden

  • Präsentation und Diskussion der Lerninhalte in Vorlesung
  • Selbstständiges Arbeiten mit wissenschaftlichen Veröffentlichungen und deren Diskussion
  • Implementierung von Finite-Element-Simulationen in Python

Prüfungsmodus

Mündlich

Weitere Informationen

Vorbesprechung: Donnerstag, 6. Oktober, 13.00 in CD0112 (ISAS Meetingroom)

 

Vortragende Personen

Institut

LVA Termine

TagZeitDatumOrtBeschreibung
Do.12:30 - 15:0006.10.2022 - 19.01.2023 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.12:30 - 15:0020.10.2022Seminarraum 366 Vorlesung
Theorie, Modellierung und Simulation mikro- und nanoelektromechanischer Systeme (MEMS/NEMS) - Einzeltermine
TagDatumZeitOrtBeschreibung
Do.06.10.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.13.10.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.20.10.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.20.10.202212:30 - 15:00Seminarraum 366 Vorlesung
Do.27.10.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.03.11.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.10.11.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.17.11.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.24.11.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.01.12.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.15.12.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.22.12.202212:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.12.01.202312:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung
Do.19.01.202312:30 - 15:00 ISAS Meetingroom CD0112Vorlesung

Leistungsnachweis

Gemeinsame Diskussion der Vorlesungsinhalte.

LVA-Anmeldung

Von Bis Abmeldung bis
03.10.2022 08:00 26.10.2022 23:59 26.10.2022 23:59

Curricula

Literatur

Es wird kein Skriptum zur Lehrveranstaltung angeboten.

Sprache

bei Bedarf in Englisch